徐滨士

 

摘要：再制造是维修发展的高级阶段，是先进制造的重要组成，是废旧产品高技术修复、改造的产业化；再制造具有“两型社会、五六七”的特征。我国经济社会发展对再制造具有十分迫切的需求，再制造的初步应用也已取得了非常明显的节能减排效果。国际上，美国的再制造体系较完善，近10年来，中国的再制造发展迅猛，在再制造的政策法规、产业实践及基础研究方面成绩斐然，已成为世界再制造中心之一。再制造的未来发展可概括为“探索再制造的科学基础、创新再制造的关键技术、制定再制造的行业标准”。

    关键词：再制造工程；研究现状；发展趋势

    1、再制造的内涵与研究范围

    20世纪的100年，人类创造的物质财富超过了以往5000年的历史总和，但也极端消耗了地球资源，超出了大自然的恢复能力。为了缓解有限资源和过度消耗之间的矛盾，最大限度地利用废旧产品的剩余价值，20世纪90年代，美国从产业角度建立了3R体系（Reuse再利用、Recycle再循环、Remanufacture再制造）；日本从环境保护的角度也建立了3R体系（Reduce减量化、Reuse再利用、Recycle再循环）。中国在总结世界各国经验的基础上，创造性地提出具有中国特色的4R体系（Reduce减量化、Reuse再利用、Recycle再循环、Remanufacture再制造）。

    再制造以废旧产品的零部件为毛坯，主要以先进的表面工程技术为修复手段（即在损伤的零件表面制备一薄层耐磨、耐蚀、抗疲劳的表面涂层），因此无论是毛坯来源还是再制造过程，对能源和资源的需求、对废物废气的排放都是极少的，具有很高的绿色度。再制造具有如下重要特征：再制造产品的质量和性能达到或超过原型新品，成本不超过原型新品的50％，节能60％、节材70％，对环境的不良影响显著降低，有力促进了资源节约型、环境友好型社会的建设[1]。上述特征可概括为：“两型社会、五六七”。

    再制造的出现，完善了全寿命周期的内涵，使得产品在全寿命周期的末端，即报废阶段，不再“一扔了之”成为固体垃圾。再制造不仅可使废旧产品起死回生，还可很好地解决资源节约和环境污染问题。因此，再制造是对产品全寿命周期的延伸和拓展，赋予了废旧产品新的寿命，形成了产品的多寿命周期循环。这是面向循环经济的再制造的重要理论成果。

    再制造的研究内容非常广泛，贯穿产品的全寿命周期，体现着深刻的基础性和科学性。在产品设计阶段，要考虑产品的再制造性设计；在产品的服役至报废阶段，要考虑产品的全寿命周期信息跟踪；在产品的报废阶段，要考虑产品的非破坏性拆解、低排放式物理清洗，要进行零部件的失效分析及剩余寿命演变规律的探索，要完成零部件失效部位的具有高结合强度和良好摩擦学性能的表面涂层的设计、制备与加工，以及对表面涂层和零部件尺寸超差部位的机械平整加工及质量控制等。

    2、再制造的迫切性和重要意义

    我国已进入机械装备和家用电器报废的高峰期，再制造势在必行。目前全国役龄10年以上的传统旧机床超过200万台，80%的在役工程机械超过保质期；年报废汽车约500万辆，报废电脑、电视机、电冰箱1600万台，报废手机2000万部，每年产生约8亿吨固体废物。

上述设备均有进行再制造的巨大潜力。
    我国在役机械装备的运行损失十分惊人，再制造势在必行。仅以腐蚀和磨损为例，2003年中国工程院发布腐蚀调查报告[2]：2002年我国因腐蚀造成损失近6000亿元，占当年GDP的5％。2007年中国工程院发布摩擦学调查报告[3]：2006年全国因摩擦磨损造成的损失高达9500亿元，占当年GDP的4.5%。两项损失合计1.55万亿元，粗略估算占GDP的9.5%，而发达国家只达到4-5%。若能采取有效的修复及再制造等措施挽回10%的损失，则每年可节约1550亿元。

    再制造的社会效益十分巨大。与相关制造业比，再制造业的就业人数是其1-3倍。2005年，美国再制造业的年产值为750亿美元，雇佣员工100万，同年，美国计算机制造业的产值与此相当，雇佣员工只有35万，说明再制造业具有显著的创造就业与再就业的能力。

    再制造的资源与环境效益同样十分巨大。据美国《再制造工业发展报告》统计，每再制造1公斤的新材料，可以节省5-9公斤的原材料，每年全世界通过再制造节省的材料达到1400万吨，可以装满23万节火车车厢；再制造产品的能耗仅为新品生产的15%，全世界每年通过再制造可节省1600万桶原油，相当于600万辆汽车一年中所需的汽油。据美国Argonne国家重点实验室统计，新制造1辆汽车的能耗是再制造的6倍，新制造1台汽车发电机的能耗是再制造的7倍，新制造1台汽车发动机的能耗是再制造的11倍。据对我国第一家再制造领域的循环经济示范试点企业济南复强再制造公司的数据统计，若每年再制造5万台斯泰尔发动机，则可节省3.825万吨金属，回收附加值16.15亿元，节电7250万度，实现利税1.45亿元，减少CO2排放3000吨[4]。

    中国特色的再制造来源于维修，是维修发展的高级阶段；同时，再制造是先进制造的组成部分，属于绿色制造。但是，再制造又明显区别于维修和制造，具有自身独立的学科方向。维修产品的质量低于新品。若要确保再制造产品的质量高于新品，则必须按制造的标准进行生产。但是，与制造相比，再制造有更多的科学和技术基础问题需要独立解决：1）加工对象更苛刻，制造的对象是经铸锻焊、车铣磨、热处理后的新毛坯，性能均质、单一，而再制造的对象是旧毛坯，即报废的成形零件，存在着尺寸超差、残余应力、内部裂纹和表面变形等一系列缺陷；2）前期处理更繁琐，制造的毛坯是基本清洁的，很少需要前处理，而再制造的毛坯必须去除油污、水垢、锈蚀层及硬化层；3）质量控制更困难，制造过程的质量控制已趋成熟，再制造毛坯的寿命预测和质量控制，因毛坯损伤的复杂性和特殊性而使其非常困难；4）工艺标准更严格，制造过程非常规范，再制造过程中废旧零件的尺寸变形和表面损伤程度各不相同，必须采用更高技术标准的加工工艺。

    上述特殊的基础理论和工程需求催生了再制造工程新学科。近年来我国大力推进再制造学科的发展，建立了专门从事再制造研究的国家级重点实验室--装备再制造技术国防科技重点实验室。学科的发展也有力地推动了国家政策的发展。2009年1月，《中华人民共和国循环经济促进法》生效，该法在第2、第40及第56条中六次阐述再制造，标志着再制造已进入国家法律。

    3、国内外再制造的最新发展

    3.1国外的最新发展

    再制造在欧美发达国家已形成了巨大的产业。

2005年全球再制造业产值已超过1000亿美元，美国的再制造产业规模最大，达到750亿美元，其中汽车和工程机械再制造占2/3以上，约500亿美元左右。
    美军高度重视再制造。隶属于美国国家科学研究委员会的“2010年后国防制造工业委员会”制订了2010年国防工业制造技术的框架，将武器系统的再制造列为国防工业的重要研究领域。

    美军也是再制造的最大受益者。美空军B-52战略轰炸机，1962年生产，1980、1996年两次再制造，到1997年时平均自然寿命还有13000飞行小时，可服役到2030年；2005年，美空军完成了269架阿帕奇直升机的再制造，2015年前还将完成750架的再制造。再制造后的阿帕奇直升机成为美军现役武装直升机中战斗力最强的一种机型。此外，美军还对CH-47支奴干运输直升机、M1A1坦克、布拉德利装甲车、AV-8B鹞式垂直起降战斗机、“民兵”Ⅲ型洲际导弹等完成了再制造。通过再制造，美军一方面使大量濒临报废的装备重新焕发生机，以很低的费用维持了武器装备的战备完好率；另一方面大大提高了现有武器装备的战术技术性能，也为先进技术提供了一个十分难得的应用和检验的机会[5]。

    近年来，日本加强了对工程机械的再制造，至2008年，再制造的工程机械中，58%由日本国内用户使用，34%出口到国外，其余的8%拆解后作为配件出售。至2004年，德国大众汽车公司已再制造汽车发动机748万台，变速器240万台，公司销售的再制造发动机及其配件和新机的比例达到9:1。

    欧美国家的再制造，在再制造设计方面，主要结合具体产品，针对再制造过程中的重要设计要素如拆卸性能、零件的材料种类、设计结构与紧固方式等进行研究；在再制造加工方面，对于机械产品，主要通过换件修理法和尺寸修理法来恢复零部件的尺寸，如英国ListerPetter再制造公司，他们每年为英、美军方再制造3000多台废旧发动机，再制造时，对于磨损超差的缸套、凸轮轴等关键零件都予以更换新件，并不修复。对于电子产品，再制造的内涵就是对仍具有使用价值的零部件予以直接的再利用。如德国柏林工业大学[6]对平板显示器的再制造就是先将液晶显示器LCD、印刷线路板PCB、冷阴极荧光灯CCFL等关键零部件进行拆解，经检测合格后进行再利用；德国ReMobile公司[7]对移动电话的再制造也是先拆解、再检测最后再利用；此外还有对数码相机（日本柯达公司）、打印机墨盒（美国施乐公司）、品牌电脑（美国HP公司）等的再制造也都是以再利用为主。

    3.2国内的最新发展

    我国再制造产业发展虽晚，但势头非常好，目前已成为世界上最重要的再制造中心之一，而且在基础理论研究与技术应用开发方面走在了世界前列。

    在再制造政策方面。1999年6月，徐滨士院士在中国西安召开的“先进制造技术国际会议”上作了《表面工程与再制造技术》的特邀报告，在中国率先提出“再制造”的概念。

    2000年，“再制造工程技术及理论研究”被国家自然科学基金委机械学科列为“十五”优先发展领域，标志着再制造的基础研究已经得到了国家的重视和认可；2005年，“资源循环型制造与再制造”又被国家自然科学基金委机械学科列为“十一五”优先发展领域，再制造的学术地位得到进一步巩固。

2005年国家科技部发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020）》中，再制造成为制造领域的优先发展主题和关键技术之一。
    2005年7月，国务院颁布的21、22号文件明确表示国家将“支持废旧机电产品再制造”，并把“绿色再制造技术”列为“国务院有关部门和地方政府加大经费支持力度的关键、共性项目之一”；11月，国家发改委等6部委联合公布了国家首批循环经济示范试点领域及企业名单，再制造成为4个重点领域之一，发动机再制造企业济南复强动力有限公司被列为再制造重点领域的试点单位。

    2006年4月，时任国务院副总理曾培炎在国家发改委上报的《关于汽车零部件再制造产业发展及有关对策措施建议的报告》上批示：“同意以汽车零部件为再制造产业试点，探索经验，研发技术。同时要考虑定时修订有关法律法规”。

    2008年3月，国家发改委批准全国14家企业作为新一轮“汽车零部件再制造产业试点企业”，其中包括一汽、东风、上汽、重汽、奇瑞等整车制造企业和潍柴、玉柴等发动机制造企业。

    2009年1月，《中华人民共和国循环经济促进法》正式生效。该法指出：“国家支持企业开展机动车零部件、工程机械、机床等产品的再制造”；并规定“销售的再制造产品的质量必须符合国家规定的标准，并在显著位置标识为再制造产品”。

    2009年4月，国务院召开全国循环经济座谈会，中共中央政治局常委、国务院副总理李克强，全国政协副主席、科技部部长万钢，中国工程院院长徐匡迪等领导出席，特邀9名循环经济领域的院士和企业家出席会议。徐滨士在会上做了“中国特色的再制造产业发展现状与对策建议”的发言，重点介绍了中国特色的再制造区别于国外再制造的主要特征、自主研发的再制造高新技术在循环经济试点企业的应用情况、再制造对节能减排的贡献、再制造在抵御全球金融危机方面发挥的重要作用等内容。徐滨士院士的发言受到李克强副总理的重视，不断插话、提问题并讨论，表现出对再制造的高度关注。

    在再制造实践方面。仅以装备再制造技术国防科技重点实验室为例，采用等离子喷涂技术，完成了某型主战坦克转向机构重要薄壁零件“行星框架”易热变形的再制造难题，经六辆坦克的实车考核，再制造行星框架的使用寿命达到新品的三倍，成本仅为新品的1/10，材料消耗为1/100；英国路虎汽车(Land-Rover)的铝合金发动机缸盖，服役后出现环形压槽，造成气密性下降，英方无法修复，委托重点实验室解决。采用材料成形与制备一体化技术成功完成了路虎汽车铝合金发动机缸盖的再制造，突破了铝合金材料零件再制造的国际难题，再制造的发动机已投入实车考核，性能稳定。

    在再制造产业化方面。我国已基本构建了再制造产业，越来越多的专业化再制造企业不断出现。仅2008年一年，在机械产品领域，就有近30家再制造企业挂牌，如二汽康明斯发动机再制造公司、广西玉柴发动机再制造公司等。目前，发动机再制造企业济南复强动力有限公司是我国最大的再制造企业，专门从事斯太尔、康明斯、三菱等种类型号，尤其是重型汽车发动机的再制造。在2005年成为国家循环经济示范试点企业后，该公司加强了与装备再制造技术国防科技重点实验室的合作，将最新的纳米表面工程技术和自动化表面工程技术应用于生产线，显著提升了废旧发动机的再制造水平和再制造率，现已达到年产再制造发动机25000台的能力。

2005年国家科技部发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020）》中，再制造成为制造领域的优先发展主题和关键技术之一。
    2005年7月，国务院颁布的21、22号文件明确表示国家将“支持废旧机电产品再制造”，并把“绿色再制造技术”列为“国务院有关部门和地方政府加大经费支持力度的关键、共性项目之一”；11月，国家发改委等6部委联合公布了国家首批循环经济示范试点领域及企业名单，再制造成为4个重点领域之一。

    2006年4月，时任国务院副总理曾培炎在国家发改委上报的《关于汽车零部件再制造产业发展及有关对策措施建议的报告》上批示：“同意以汽车零部件为再制造产业试点，探索经验，研发技术。同时要考虑定时修订有关法律法规”。

    2008年3月，国家发改委批准全国14家企业作为新一轮“汽车零部件再制造产业试点企业”，其中包括一汽、东风、上汽、重汽、奇瑞等整车制造企业和潍柴、玉柴等发动机制造企业。

    2009年1月，《中华人民共和国循环经济促进法》正式生效。该法指出：“国家支持企业开展机动车零部件、工程机械、机床等产品的再制造”；并规定“销售的再制造产品的质量必须符合国家规定的标准，并在显著位置标识为再制造产品”。

    2009年4月，国务院召开全国循环经济座谈会，中共中央政治局常委、国务院副总理李克强，全国政协副主席、科技部部长万钢，中国工程院院长徐匡迪等领导出席，特邀9名循环经济领域的院士和企业家出席会议。徐滨士在会上做了“中国特色的再制造产业发展现状与对策建议”的发言，重点介绍了中国特色的再制造区别于国外再制造的主要特征、自主研发的再制造高新技术在循环经济试点企业的应用情况、再制造对节能减排的贡献、再制造在抵御全球金融危机方面发挥的重要作用等内容。徐滨士院士的发言受到李克强副总理的重视，不断插话、提问题并讨论，表现出对再制造的高度关注。

    在再制造实践方面。仅以装备再制造技术国防科技重点实验室为例，采用等离子喷涂技术，完成了某型主战坦克转向机构重要薄壁零件“行星框架”易热变形的再制造难题，经六辆坦克的实车考核，再制造行星框架的使用寿命达到新品的三倍，成本仅为新品的1/10，材料消耗为1/100；英国路虎汽车(Land-Rover)的铝合金发动机缸盖，服役后出现环形压槽，造成气密性下降，英方无法修复，委托重点实验室解决。采用材料成形与制备一体化技术成功完成了路虎汽车铝合金发动机缸盖的再制造，突破了铝合金材料零件再制造的国际难题，再制造的发动机已投入实车考核，性能稳定。

    在再制造产业化方面。我国已基本构建了再制造产业，越来越多的专业化再制造企业不断出现。仅2008年一年，在机械产品领域，就有近30家再制造企业挂牌，如二汽康明斯发动机再制造公司、广西玉柴发动机再制造公司等。目前，发动机再制造企业济南复强动力有限公司是我国最大的再制造企业，专门从事斯太尔、康明斯、三菱等种类型号，尤其是重型汽车发动机的再制造。在2005年成为国家循环经济示范试点企业后，该公司加强了与装备再制造技术国防科技重点实验室的合作，将最新的纳米表面工程技术和自动化表面工程技术应用于生产线，显著提升了废旧发动机的再制造水平和再制造率，现已达到年产再制造发动机25000台的能力。

今后在继续深化上述理论与技术的前提下，还需探索新的理论与技术，通过寻找特征参量来方便快捷地表征寿命规律。
    2）创新再制造的关键技术，即不断创新研发用于再制造的先进表面工程技术群，使再制造零件表面涂层的强度更高、寿命更长，确保再制造产品的质量达到或超过新品。先后开发成功纳米表面工程技术和自动化表面工程技术，前者包括纳米颗粒复合电刷镀技术、纳米热喷涂技术、纳米减摩自修复添加剂技术等，后者包括自动化电弧喷涂技术、自动化纳米颗粒复合电刷镀技术等。纳米表面工程技术的核心是利用纳米颗粒材料的小尺寸效应，通过在涂层或添加剂中的均匀、弥散分布，实现纳米颗粒与基质金属间原子尺度的化学键结合，从而显著提高涂层的强度学和摩擦学性能；自动化表面工程技术的核心是利用机器人或操作机来取代手工操作，通过自动控制规划路径，实时反馈调节涂层成形工艺参数，实现表面涂层制备的自动化、智能化。上述技术已应用于发动机再制造生产线，如：纳米颗粒复合电刷镀技术成功修复了进口飞机发动机压气机叶片，300小时台架试验满足要求，突破了对国外进口产品的国产化维修技术瓶颈，再制造费用仅是国外技术费用的1/10；自动化电弧喷涂技术用于重载汽车发动机缸体、曲轴箱体等零件的再制造，单件发动机箱体的再制造时间由90min缩短为20min，且材料消耗仅为零件本体重量的0.5%，费用投入不超过新品价格的10%。下一步除了继续完善纳米表面工程技术和自动化表面工程技术外，还需研发生物表面工程技术等新的方向。

    3）制定再制造的行业标准，即尽早建立系统、完善的再制造工艺技术标准、质量检测标准等体现再制造走向规范化的标准体系。国内再制造因起步较晚，再制造企业的技术积累少，再制造的标准缺乏，因而一定程度上阻碍了再制造的广泛应用。2008年，国家标准化管理委员会批准成立了“全国绿色制造标准化技术委员会再制造分技术委员会”，秘书处挂靠装备再制造技术国防科技重点实验室。该委员会正陆续制订并有望近期出台“再制造概念、术语”和“再制造率的概念及评估方法”等共性基础标准。同时，国内相关高等院校和再制造企业正在联合制定“再制造技术工艺标准、再制造质量检测标准、再制造产品认证标准”等多类标准草案，包括：再制造发动机工艺流程标准、发动机再制造产品性能评价与质量检测标准、废旧发动机零件剩余寿命评估标准、再制造的关键零件（曲轴、缸体、凸轮轴、连杆轴等）质量检测标准、再制造发动机试车考核标准等。下一步应深化标准内涵，制定出具有良好通用性和可操作性的标准方案。

    5结论

    1）中国构建了包括再制造在内的“4R”体系，再制造是废旧产品高技术修复、改造的产业化。再制造的重要特征是再制造产品质量和性能不低于新品，有些还能超过新品，成本只是新品的50%，节能60%，节材70%，对环境的不良影响显著降低。可概括为：“两型社会”、“五六七”。

    2)中国特色的再制造来源于维修，是维修发展的高级阶段，也是先进制造的重要组成，但是与维修和制造相比，再制造蕴含着更深的科学理论和更高的技术基础。再制造已创造出了巨大的经济和社会效益。

    3）再制造在中国得到快速发展，再制造不仅进入了国家法律，而且在产业化实践和基础研究等方面均取得了良好的阶段性成果，中国已成为国际再制造中心之一，在国际再制造领域发挥着重要作用。

    4）为推动再制造的进一步发展，今后可围绕“探索再制造的科学基础、创新再制造的关键技术、制定再制造的行业标准”等方面展开工作。